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    SR-IOV在KVM中应用

    kvm admin 6367浏览 0评论

    SR-IOV全称是（Single-Root I/O Virtualization）直译成中文是单根IO虚拟化技术，不好记，也不好理解，所以很多人都习惯直接叫SR-IOV。

    它本身是一种技术实现方式，简单的说，它就是通过的硬件的方式，将个物理的网卡（PF），虚拟出多个虚拟机网卡（VF），虚拟出来的网卡可以直接分配的虚拟机使用。在传统的虚拟化中，虚拟机的网卡通常是通过桥接（Bridge或OVS）的方式，因为这种方式最方便，也最简单。但是这样做最大的问题在于性能。

    SR-IOV并不是一个新技术，在2010年左右，Intel就已经提出来了，有人可能会问，一个六年前就已经被提出来的技术方案，为什么到现在，各大公有云都没有支持呢？可以归结为以下几点。

    1. SR-IOV需要特定的网卡支持，支持清单：http://www.intel.cn/content/www/cn/zh/support/network-and-i-o/ethernet-products/000005722.html
    2. SR-IOV在KVM应用中存在局限性，目前在线迁移的功能任然不完善。
    3. 大部分上云的服务器，对网卡的性能要求传统的网桥即可满足，所以动力不足。

    KVM虚拟机在传统网桥模式下，网络稳定是没有问题的，但它和SR-IOV一个本质的区别是，网桥模式本身会消耗宿主机的CPU，在实际场景下，当宿主机的CPU压力（>60%）比较大时，虚拟机内部网卡的发包率(PPS)性能会下降，极端情况会出现丢包。这点对于游戏来说，直接的感觉就是卡屯和掉人，这在游戏业务中是绝对不允许的。

    为了规避这个痛点，通常不敢上一些对网卡发包率压力非常高的游戏，或者通过降低虚拟化的比例，来保证宿主机的CPU压力在可控的范围内。

    除此还有没有其他更好的办法呢？SR-IOV是一个不错的选择。

    SR-IOV最适合的应用场景是什么？

    1. 宿主机CPU压力大（>60%）+虚拟机网卡发包率压力大（pps >5w）
    2. 虚拟机网卡发包率压力非常大(pps>10w)

    以下（图1）是我们使用SR-IOV之后，宿主机的负载CPU，这种CPU负载下，同宿主机下的5台KVM虚拟机，网卡的发包率每台都可以在10w左右。业务完全正常。

    在传统网桥模式下，这种负载的游戏业务是跑不起来的。

    对于很多做技术的朋友，来说，还是比较关心，如何来用，中间的坑怎么来规避，下面就来着重介绍如何配置。

    使用SR-IOV的时候，我们选择了万兆网卡，主要有两个原因，

    第一：万兆网卡的pps，bps的性能远好于千兆网卡。

    第二：虚拟机系统对万兆网卡的SR-IOV支持好于千兆网卡SR-IOV。

    在SR-IOV网卡分给虚拟机之后，虚拟机系统内部需要有对应的VF驱动，笔者曾亲测在千兆网卡I350上做SR-IOV给虚拟机使用，在windows 2008 R2的虚拟机内，网卡驱动即使升级到最新，windows自带的性能监视器里也看不到网卡的PPS性能数据。当时就这个问题，咨询过Intel的技术专家，定位为网卡驱动问题，最终他们建议使用万兆网卡替代。

    配置步骤如下：

    第一步、初始化创建SR-IOV网卡的VF

    1. 使用SR-IOV需要一块万兆网卡，比如，Intel 82599或者Intel X540（本文开头有介绍目前intel支持SRIOV的网卡型号）
    2. 如果网卡不是服务器上只带的，是外置的PCI-E网卡，注意需要接在PCI-E x16的插槽上
    3. 在BIOS中打开VT-d和SR-IOV的支持，以HP的服务器为例

    图2，开启VT-d

    图3，开启SR-IOV

    4. 宿主机为CentOS6.7 的情况下，最好能升级一下万兆网卡驱动到 ixgbe-4.3.1

     

    #tar zxf /root/ixgbe-4.3.15.tar.gz

    #cd /root/ixgbe-4.3.15/src

    #make install

    #rmmod ixgbe

    #modprobe ixgbe

    5. grub里面添加iommu的支持

    #sed -i ‘s/quiet nomodeset/&  intel_iommu=on/g’ /boot/grub/grub.conf

    6.  添加万兆网卡的模块配置文件ixgbe.conf，如下配置表示两个万兆网口，各添加10个虚拟网卡VF

    #cat /etc/modprobe.d/ixgbe.conf

    options ixgbe max_vfs=10,10

    注意：如果网卡上接的第三方兼容的光模块，需要在加载驱动的时候，添加allow_unsupported_sfp=1,1 否则该网卡会无法识别

    #cat /etc/modprobe.d/ixgbe.conf

    options  ixgbe max_vfs=10,10 allow_unsupported_sfp=1,1

    7.  因为我们创建出来的VF都是直接给虚拟机用的，所以在/etc/modprobe.d/blacklist.conf文件中，禁止加载ixgbevf驱动，添加内容如下：

    blacklist ixgbevf

    8.  重启服务器，之后使用lspci，20个VF已经创建好了

    [root@localhost ~]# lspci|grep ‘Virtual  Function’

    07:10.0 Ethernet controller: Intel  Corporation 82599 Ethernet Controller Virtual Function (rev 01)

    …

    //输出内容省略19条

    第二步、编辑虚拟机xml配置文件，添加SR-IOV网卡

    在虚拟机的xml配置文件中添加，如下这段配置

    <interface type=’hostdev’  managed=’yes’>

    <mac address=’02:00:74:D3:0F:CC’/>

    <source>

    <address type=’pci’ domain=’0x0000′ bus=’0x07′ slot=’0x10′  function=’0x0′ />

    </source>

    </interface>

    说明：

    <mac address=’02:00:74:D3:0F:CC’/>定义的虚拟机网卡的mac地址

    <source></source>中定义的VF的pci地址

    pci地址通过以下方式获得

    [root@localhost ~]# lspci|grep 82599     //获取82599 万兆网卡pci信息

    07:00.0 Ethernet controller: Intel  Corporation 82599ES 10-Gigabit SFI/SFP+ Network Connection (rev 01)

    [root@localhost ~]# virsh nodedev-list|grep  07_00_0    //利用07:00.0查询nodedev-list中pci地址

    pci_0000_07_00_0

    [root@gcloud-njlj-sriov-54-55 ~]# virsh  nodedev-dumpxml pci_0000_07_00_0   //列出这个PF下所有VF的pci地址

    <device>

    <name>pci_0000_07_00_0</name>

    …   //此处省略多行无关输出

    <product id=’0x10fb’>82599ES 10-Gigabit SFI/SFP+ Network  Connection</product>

    <vendor id=’0x8086′>Intel Corporation</vendor>

    <capability type=’virt_functions’>

    <address domain=’0x0000′ bus=’0x07′ slot=’0x10′  function=’0x0’/>    //这里就是vf的pci地址了，将这段内容放到上面的xml就把这个vf分给这台虚拟机了

    <address domain=’0x0000′ bus=’0x07′ slot=’0x10′ function=’0x2’/>

    <address domain=’0x0000′ bus=’0x07′ slot=’0x10′ function=’0x4’/>

    <address domain=’0x0000′ bus=’0x07′ slot=’0x10′ function=’0x6’/>

    <address domain=’0x0000′ bus=’0x07′ slot=’0x11′ function=’0x0’/>

    <address domain=’0x0000′ bus=’0x07′ slot=’0x11′ function=’0x2’/>

    <address domain=’0x0000′ bus=’0x07′ slot=’0x11′ function=’0x4’/>

    <address domain=’0x0000′ bus=’0x07′ slot=’0x11′ function=’0x6’/>

    <address domain=’0x0000′ bus=’0x07′ slot=’0x12′ function=’0x0’/>

    <address domain=’0x0000′ bus=’0x07′ slot=’0x12′ function=’0x2’/>

    </capability>

    …   //此处省略多行无关输出

    </device>

     

    第三步、升级虚拟机内部的网卡驱动

    目前SR-IOV网卡支持的虚拟机系统

    • Windows 服务器 2012
    • Windows 服务器 2012 R2
    • Windows 服务器 2008 * R2
    • Windows 服务器 2008
    • Linux * 2.6.30 内核或更高版本
    • Red Hat Enterprise Linux 6.0 * 和更高版本
    • SUSE Linux Enterprise 服务器 11 * SP1 和更高版本

    为了提供更好的性能，需将网卡驱动做升级，特别是windows系统，默认只带的版本，在性能监控方面无法采集到数据

    第四步、平台整合

    对于没有平台的用户来说，独立使用的话，做到第三步就可以了，但是如果需要整合到平台的话，需要注意以下几点

    1. 对虚拟机迁移功能需要做独立开发，配置了SR-IOV的虚拟机不支持在线迁移，但必须支持离线迁移
    2. VF的使用情况，需要有登记，分配过程中，必须杜绝，vf 的mac重复。简单的做法，可以在虚拟机关机之后，使用 /sbin/ip link set eth4 vf 0 mac 0，来重置vf的mac。

    至此，SR-IOV在KVM中应用的介绍就结束了。

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